УДК 631.453
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРЧИЦЫ САРЕПТСКОЙ BRASSICA JUNCEA (L.) В ЦЕЛЯХ ОЧИСТКИ ПОЧВ КУРСКОЙ ОБЛАСТИ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Н. П. Неведров, аспирант,
Е. П. Проценко, доктор сельскохозяйственных
наук, профессор,
И. П. Балабина, кандидат биологических наук, доцент,
А. В. Прусаченко, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник, Курский государственный университет, kaf-ecolbiol@yandex.ru
Представлены данные по содержанию кадмия и меди в побегах горчицы сарептской, выращенной на загрязненных тяжелыми металлами почвах Курской области. Выявлена прямая зависимость между уровнем загрязнения почвы кадмием и содержанием его в побегах растений горчицы. Внесенная в почву медь концентрацией 55 мг/кг (1 ПДК) стимулирует рост побегов горчицы в длину. При увеличении концентрации поллютантов в почвах, прирост биомассы горчицы сарептской снижается. Отмечен сравнительно высокий биологический вынос металлов из почвы, который зависит от типа почвы и от подвижности ионов тяжелых металлов. Высокие концентрации кадмия приводят к депрессии растений. Горчица сарептская более устойчива к присутствию повышенных концентраций меди.
The paper provides the data on the content of cadmium and copper in shoots of Brassica juncea grown on the soils of the Kursk region, contaminated by heavy metals. The direct dependence between the level of soil contamination by cadmium and its content in the shoots of plants of Brassica juncea is registered.
Applied on the soil, copper concentration of 55 mg/kg (1 MAC (maximum allowable concentration)) stimulates the growth of shoots of Brassica juncea in length. By increasing the concentration of pollutants in soils, biomass growth of Brassica juncea is reduced. Relatively high biological carrying out of metals from the soil, which depends on soil type and the mobility of ions of heavy metals, is noted. High concentrations of cadmium lead to the depression in plants. Brassica juncea is more resistant to the presence of high concentrations of copper.
Ключевые слова: фиторемедиация, горчица сарептская, медь, кадмий, биологический вынос, чернозем типичный, серая лесная почва.
Keywords: phytoremediation, brassica juncea, copper, cadmium, biological carrying out, typical chernozem, gray forest soil.
Введение. Биологическая очистка почв в современном мире является очень перспективным методом восстановления почв. Загрязненные тяжелыми металлами (ТМ) почвы можно достаточно успешно восстанавливать при помощи специально подобранных видов высших растений, которые в течение нескольких лет с надземной биомассой вынесут избыток тяжелых металлов из почвы [1, 2]. Фи-торемедиация представляет собой выращивание в течение определенного периода времени на загрязненном участке специально подобранных видов растений-гипераккумуляторов, накапливающих тяжелые металлы корневой системой и переносящих их в надземную биомассу. Данный метод, по сравнению с физическими и химическими методами очистки почв, экологичнее (не оставляет вторичных загрязнителей) и экономически выгоднее (требуются только семена). Единственным недостатком способа является длительность его применения, для очистки требуется 5—10 лет [3, 4]. В г. Курске ТМ являются приоритетными загрязнителями почвы. Высокое содержание ТМ отмечено как в почвах урбоэкотопов, так и в почвах садово-огородных участков. Поэтому вопрос об очистке данных почв от ТМ является актуальным в настоящее время [5, 6]. В работе изучалась фиторемедиационная способность горчицы сарептской на загрязненных тяжелыми металлами почвах Курской области.
Материалы и методы. Для проведения лабораторного эксперимента использовалась горчица сарептская, которая выращивалась на двух типах почв: черноземе типичном (земельный участок в п. Духовец Курского района) и серой лесной почве (агробиостанция КГУ). Почва отбиралась с глубины 0—20 см (пахотный слой). В пластиковые сосуды помещалось по 1 кг почвы. Затем в емкости с почвой вносили возрастающие концентрации сернокислой меди (СиБ04 •5Н2О), сульфата кадмия (СёБО^ в дозах, соответствующих 1, 2 и 5 ПДК. В качестве контроля использовали незагрязненные ТМ почвы.
Семена горчицы сарептской высаживались в емкости с почвой и затем выращивались на протяжении трех недель при естественном освещении и искусственном поливе, влажность субстрата составляла около 25 % по массе. Во всех вариантах опыта отмечалась всхожесть горчицы око-
ло 90 %. По истечении трех недель все растения были извлечены из почвы, корни отмыты от почвенных частиц, и высушены до абсолютно сухой массы. Опыт проводился в трехкратной повторности.
Измерение массовых концентраций цинка в почвенных и растительных образцах проводилось на базе аккредитованного Испытательного центра Курского государственного университета методом инверсионной вольтамперо-метрии на анализаторе ТА 4. Пробоподготовка и анализ проб выполнены в соответствии с методикой МУ 31-04/04, Ф3.1.31.2004.00986 [7].
Результаты и их обсуждения. По данным, приведенным в табл. 2 заметно, что аккумулирующая способность горчицы, выращенной на черноземе типичном, по отношению к кадмию достоверно выше лишь при загрязнении почвы дозой 1 ПДК. В остальных вариантах опы-
Таблица 1
Фоновое содержание ТМ в исследуемых почвах
№ III! Тип почвы Фоновое содержание ТМ в почвах
Содержание С^ мг/кг Содержание Си, мг/кг
Валовое содержание Подвижная форма Валовое содержание Подвижная форма
1 Чернозем 0,42 0,029 9,1 0,141
типичным
2 Серая 0,31 0,045 6,3 0,042
лесная
почва
ПДК по Си в почве — 55 мг/кг, Cd — 5 мг/кг.
Таблица 2
Содержание ТМ в побегах горчицы сарептской в зависимости их от содержания в почве
Тип почвы
Уровень Чернозем типичный Серая лесная почва
загрязнения почвы Содержание СМ в Содержание Си в Содержание Сd в Содержание Си в
растениях, мг/кг растениях, мг/кг растениях, мг/кг растениях, мг/кг
Контроль 1,8 21 2,3 28
1 ПДК 27 30 20 44
2 ПДК 29 65 27 102
5 ПДК 40 51 38 129
та и на контроле горчица накапливает примерно равное количество металла на обоих типах почв. При загрязнение почвы 2 ПДК по кадмию горчица накапливает примерно такое количество кадмия, как и при уровне загрязнении 1 ПДК. Отмечена прямая зависимость между уровнем загрязнения почвы кадмием и содержанием его в побегах растения:
у = 8,902 + 1,282хъ
где у — содержание кадмия в растениях, Х1 — содержание кадмия в серой лесной почве. Коэффициент корреляции равен 0,91;
у = 11,513 + 1,2802х2,
где у — содержание кадмия в растениях, Х2 — содержание кадмия в черноземе типичном. Коэффициент корреляции — 0,84.
В отношении меди аккумулирующая способность горчицы во всех вариантах эксперимента и на контроле была выше в серой лесной почве по сравнению с черноземом. При выращивании растений на загрязненной медью серой лесной почве накопление ее в побегах горчицы имеет сходную с кадмием динамику: с увеличением концентрации меди в почве наблюдается рост содержания этого металла в побегах растений:
у = 33,1004 + 0,3798х,
где у — содержание меди в растениях, х — содержание меди в серой лесной почве. Коэффициент корреляции — 0,92.
Однако в черноземной почве при увеличении концентрации меди в почве от 2 ПДК до 5 ПДК аккумулирующая способность горчицы заметно снижается. По всей вероятности это происходит из-за превышения порога устойчивости к данному стресс-фактору и активации физиологических барьеров, препятствующих поступлению токсиканта в растительный организм [4].
При оценке влияния ТМ на длину растений горчицы (рис. 1) отмечено, что внесенная в почву медь концентрацией 55 мг/кг (1 ПДК) стимулирует рост побегов в длину как на черноземе, так и на серой лесной почве. В остальных вариантах эксперимента средняя длина побегов достоверно (Р = 0,95) меньше контроля. Растения на серой лесной почве выше, чем таковых на черноземе. Выявлена обратно пропорциональная зависимость длины побегов от содержания ТМ в загрязненных почвах для обоих типов.
, с> .с* , с* , с*
Степень загрязнения почв ТМ, ПДК ■ Серая лесная почва " Чернозем типичный
Рис. 1. Влияние возрастающих концентраций ТМ в почве на длину побегов горчицы сарептской
ю о к
СП
и
я %
о И
2 ■ 1,5 1
0,5 0
С> ь
аг
Серая лесная почва
Степень загрязнения почв ТМ, ПДК Чернозем типичный
Рис. 2. Влияние возрастающих концентраций ТМ в почве на биомассу побегов горчицы сарептской
Аналогичная зависимость наблюдается и в отношении синтеза биомассы: с увеличением концентрации поллютантов в почвах прирост биомассы снижается. Наибольшее количество надземной биомассы растений зафиксировано в сосудах с почвами незагрязненными ТМ (контроль) (рис. 2).
Показатели биологического выноса меди значительно превосходят показатели выноса кадмия во всех вариантах опыта, так как медь является эссенсеальным элементом с более высокой доступностью по сравнению с кадмием (табл. 3). Высокие концентрации кадмия приводят к депрессии растений. Горчица сарепт-ская более устойчива к присутствию повышенных концентраций меди.
Коэффициент биологического поглощения (КБП) ТМ растениями — это отношение содержания ТМ в растении к содержанию его валовой формы в почве.
КБП = Ср/Сп,
где Ср — содержание металла в золе растений (надземной части); Сп — содержание валовой формы металла в почве.
Коэффициент биологического поглощения кадмия у горчицы заметно выше на черноземе типичном, загрязненном кадмием. На контроле данный показатель для серой лесной почвы в 1,7 раза превышает таковой на черноземе типичном (табл. 4). При сравнении КБП меди наблюдается обратное явление: коэффициент значительно выше на серой лесной почве, чем на черноземе типичном, исключением является контроль. Вероятнее всего это связано с активностью металлов в почве. При выращивании горчицы сарептской на черноземе ионы кадмия активнее поступают в растения, чем на серой лесной почве. Медь же, напротив, ведет себя активнее на серой лесной почве. В незагрязненной серой лесной почве доля подвижной формы кадмия выше, а меди ниже, чем на черноземе типичном (см. табл. 1). Этим объясняются данные по содержанию ТМ в горчице на контрольных об
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.